數(shù)據(jù)庫設(shè)計1.信息處理信息處理（也稱數(shù)據(jù)處理）是指對信息的輸入、存儲、加工、傳輸和輸出等活動的總和。信息處理的基本目的是從大量的、雜亂無章的、持久的、共享的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對某些特定的應(yīng)用有價值、有意義的信息，借以作為決策的依據(jù)。如何很好地組織、管理這種大量的、雜亂無章的、持久的、共享的數(shù)據(jù)是人類一直在探索、研究的課題。信息處理一般需要借助信息系統(tǒng)來實現(xiàn)。一、信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的關(guān)系各類信息系統(tǒng)雖然在管理層次上不同，而且結(jié)構(gòu)也干差萬別，但它們所要解決的問題其實只有兩個，即如何管理數(shù)據(jù)如何對數(shù)據(jù)進行加工這兩個問題貫穿了整個信息系統(tǒng)。因此，按照一定格式和要求存儲起來的數(shù)據(jù)是信息系統(tǒng)中的重要資源，數(shù)據(jù)組織和管理是信息系統(tǒng)的重要內(nèi)容。2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)從20世紀60年代末，數(shù)據(jù)管理（處理）的研究極大地促進了計算機應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透，同時，數(shù)據(jù)管理技術(shù)也成為計算機科學技術(shù)中最為活躍和應(yīng)用最為廣泛的研究領(lǐng)域。自從數(shù)據(jù)庫技術(shù)出現(xiàn)以來，管理信息系統(tǒng)開始用數(shù)據(jù)庫存儲企業(yè)信息，數(shù)據(jù)庫成了管理信息系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫設(shè)計成了系統(tǒng)分析與設(shè)計的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)劣反映了信息系統(tǒng)的設(shè)計水平，并直接影響系統(tǒng)運行的性能和效率。數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段。1、人工管理階段（50年代中期以前）背景：計算機主要用于科學計算硬件：外存只有磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取的存儲設(shè)備軟件：沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件數(shù)據(jù)處理方式：批處理二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展P108這時期的數(shù)據(jù)管理呈以下特點：數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)由應(yīng)用程序管理應(yīng)用程序既要設(shè)計數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要設(shè)計物理結(jié)構(gòu)，包括存儲結(jié)構(gòu)、存取方法以及輸入方式等。數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)不具獨立性應(yīng)用程序1和數(shù)據(jù)組1應(yīng)用程序2和數(shù)據(jù)組2應(yīng)用程序3和數(shù)據(jù)組3人工管理階段應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的關(guān)系2、文件管理階段（50年代后期到60年代中期）背景：計算機不僅用于科學計算，還大量用于管理硬件：磁盤、磁鼓等直接存取的存儲設(shè)備軟件：操作系統(tǒng)（其中：文件管理系統(tǒng)）、高級語言處理方式：批處理、聯(lián)機實時處理文件管理系統(tǒng)——專門管理數(shù)據(jù)的軟件在文件管理系統(tǒng)中，按一定的規(guī)則將數(shù)據(jù)組織成為一個文件，應(yīng)用程序通過文件管理系統(tǒng)對文件中的數(shù)據(jù)進行存取和加工。文件管理系統(tǒng)是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件之間的橋梁。文件管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)組1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)組2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)組n…………文件管理系統(tǒng)這時期的數(shù)據(jù)管理呈以下特點：數(shù)據(jù)可以長期保存數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨立的數(shù)據(jù)文件，利用按文件名訪問、按記錄進行存取的管理技術(shù)，可以對文件進行修改、插入和刪除的操作。數(shù)據(jù)具有一定的獨立性缺點：編程不方便數(shù)據(jù)冗余量大數(shù)據(jù)獨立性差不支持并發(fā)訪問數(shù)據(jù)缺少統(tǒng)一管理3、數(shù)據(jù)庫管理階段（60年代后期開始）背景：計算機在管理中的應(yīng)用更加廣泛，數(shù)據(jù)量急劇增大，對數(shù)據(jù)共享的要求越來越迫切硬件：大容量磁盤已經(jīng)出現(xiàn)，硬件價格大幅下降軟件：軟件價格在系統(tǒng)中的比重日益上升，編制和維護應(yīng)用軟件所需成本相對增加處理方式：聯(lián)機實時處理業(yè)務(wù)增多數(shù)據(jù)管理技術(shù)進入數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段的標志：IMS系統(tǒng)：由IBM公司1968年研制成功，是一個典型的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是第一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的商用產(chǎn)品。70年代廣泛地應(yīng)用于商業(yè)、金融等系統(tǒng)。DBTG報告：DBTG報告是由美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會于1969年提出，這份報告對數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)操作的環(huán)境建立了標準的規(guī)范，確定并建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的許多概念、方法和技術(shù)。根據(jù)DBTG報告實現(xiàn)的DBTG系統(tǒng)是一種網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。20世紀70~80年代被廣泛應(yīng)用。E.F.Codd的文章：1970年，他發(fā)表了題為“大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型”的論文，提出了“關(guān)系模型”的概念，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫特點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化較高的數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)共享方便的用戶接口較強的數(shù)據(jù)控制能力數(shù)據(jù)庫在計算機系統(tǒng)中的位置三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS，DataBaseSystem）是一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)，由支持數(shù)據(jù)庫運行的硬件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1、數(shù)據(jù)庫（DataBase,DB）數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機存貯介質(zhì)上，有一定組織形式、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并為各種用戶共享。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)由DBMS進行統(tǒng)一管理和控制，用戶對數(shù)據(jù)庫進行的各種操作都是通過DBMS實現(xiàn)。2、支持數(shù)據(jù)庫運行的硬件硬件是數(shù)據(jù)庫賴以存在的物質(zhì)設(shè)備，包括CPU、存儲器和其他外部設(shè)備等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要求要有較大的內(nèi)存，用以存放系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序和開辟用戶工作區(qū)及系統(tǒng)緩沖區(qū)；而對外部存儲器更有特殊要求，一般應(yīng)配備高速度、大容量的直接存取存儲設(shè)備（磁盤、光盤等）。3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem,DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是介于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它為數(shù)據(jù)庫的建立、運行和維護提供了統(tǒng)一的管理和控制。它由計算機軟件生產(chǎn)廠家按商品軟件出版。如ORACLE公司的Oracle系統(tǒng)、SYBASE公司的Sybase系統(tǒng)、Microsoft公司的SQLServer系統(tǒng)以及MySQL、Access、VisualFoxpro等。DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，其功能的強弱是衡量數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要指標。4、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序是對數(shù)據(jù)的管理，在幾乎所有的事務(wù)處理中都用到了數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理數(shù)據(jù)。這樣的程序可以稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的分類：服務(wù)端應(yīng)用程序：運行在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，是真正存儲和操縱數(shù)據(jù)的，它接受用戶程序的請求，對數(shù)據(jù)進行不同的操作?？蛻舳藨?yīng)用程序：客戶端應(yīng)用程序運行在客戶端計算機上，實現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)邏輯，通過客戶端應(yīng)用程序界面，用戶可以發(fā)出不同的請求給服務(wù)器端，由服務(wù)端程序完成各種各樣的操作。5、數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫管理員（DataBaseAdministrator，DBA）是控制數(shù)據(jù)整體結(jié)構(gòu)的一組人員，負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行，承擔創(chuàng)建、監(jiān)控和維護數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的責任。6、用戶

用戶數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員終端用戶系統(tǒng)分析員數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)用程序員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)是：把存在于現(xiàn)行系統(tǒng)中的成百上千項數(shù)據(jù)以最優(yōu)的方式組織起來，以高度統(tǒng)一和集中的方式向企業(yè)的經(jīng)營與決策者提供各種綜合信息。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟包括用戶需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計四個階段。當數(shù)據(jù)庫設(shè)計被應(yīng)用到管理信息系統(tǒng)開發(fā)中時，這四步工作已與系統(tǒng)開發(fā)的階段融為一體，1.數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)在系統(tǒng)分析階段進行。其任務(wù)是根據(jù)用戶需求設(shè)計數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)模型（簡稱概念模型）。它獨立于任何物理設(shè)備。概念模型是從用戶角度看到的數(shù)據(jù)庫,它可用E-R模型表示。2、數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段完成的概念模型轉(zhuǎn)換成能被選定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)支持的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型可以由實體聯(lián)系模型（E-R模型）轉(zhuǎn)換而來,也可以用基于第三范式(3NF)的方法來設(shè)計。接著是用DBMS提供的數(shù)據(jù)描述語言DDL定義數(shù)據(jù)模型。3、數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

選用庫文件的組織形式、存儲介質(zhì)的分配存取路徑的選擇等。大多數(shù)物理設(shè)計因素都由于DBMS處理了，留給設(shè)計人員控制的因素已經(jīng)很少了。五、概念模型P116模型是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象，例如一架飛機模型使人一眼望去就能聯(lián)想到真實的飛機。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中，用模型的概念描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)與語義，對現(xiàn)實世界進行抽象。能表示實體類型及實體間聯(lián)系的模型稱為“數(shù)據(jù)模型”（datamodel）。它是用來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)和信息的工具。數(shù)據(jù)模型主要分為兩類：一是獨立于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，完全不涉及信息在計算機中的表示，只是用來描述某個特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，這類模型稱為“概念數(shù)據(jù)模型”，簡稱“概念模型”。另一個是直接面向數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。這類模型直接與DBMS有關(guān)，稱為“邏輯數(shù)據(jù)模型”，又稱為“結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型”，簡稱“數(shù)據(jù)模型”。例如層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο蟮饶Ｐ?。這類模型有嚴格的形式化定義，以便于在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)。人們認識現(xiàn)實世界的過程現(xiàn)實世界→觀念（信息）世界→數(shù)據(jù)世界信息處理的三個層次相關(guān)聯(lián)的事物類事物類事物性質(zhì)或特征相關(guān)聯(lián)的實體集組合實體集實體屬性數(shù)據(jù)庫記錄字段相關(guān)表現(xiàn)實世界信息世界數(shù)據(jù)世界數(shù)據(jù)存儲分析首先是分析用戶的需求，然后通過綜合抽象，用適當?shù)墓ぞ哌M行描述。因為這是從用戶角度看到的數(shù)據(jù)庫，所以稱之為數(shù)據(jù)庫的概念模型。數(shù)據(jù)庫概念模型的設(shè)計可以用本書第六章介紹的E-R圖或基于范式理論的方法進行。概念模型用于對信息世界建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)過程中，概念模型作為與用戶進行交流的語言，成為數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具。因此概念模型具有較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應(yīng)用中的各種語義知識，便于用戶理解。1．基本概念（1）實體。現(xiàn)實世界中的客觀事物在信息世界中稱為實體（Entity）。（2）屬性。實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。例如（20061202304，張勇，男，1988/7，工商系）這些屬性組合起來表征了一個學生。屬性有型和值之分。屬性型就是屬性名及其取值類型，屬性值就是屬性在其值域中所取的具體值。如，學生實體中“姓名”屬性，“姓名”和取值字符類型就是其型，而“張勇”則是其值。（3）實體標識符。能夠唯一標識一個實體的屬性集稱為實體標識符，也稱為關(guān)鍵碼，簡稱碼或鍵。（4）域。屬性的取值范圍稱為該屬性的域。（5）實體型。具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質(zhì)。用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。例如，學生（學號，姓名，性別，出生年份，系別，入學時間）就是一個實體型。（6）實體集。同型實體的集合稱為實體集。例如，全體學生就是一個實體集。（7）實體聯(lián)系實體內(nèi)部的聯(lián)系通常指的是組成實體的各屬性之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系。建立概念模型的一個主要任務(wù)就是要確定實體之間的聯(lián)系。①一對一聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系；反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1。

實體集A實體集B如班級與班長，乘客與車票等均是一對一聯(lián)系。②一對多聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有N個實體（N≥0）與之聯(lián)系；反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1:N。實體集B實體集A如班級對學生，產(chǎn)品對零件等。③多對多聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有N個實體（N≥0）與之聯(lián)系；反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中有M個實體（M≥0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯(lián)系，記為M:N。實體集B實體集A如課程對學生，商店與顧客等2.概念模型的表示方法

實體－聯(lián)系方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法：實體型：用矩形表示，

框內(nèi)寫明實體名。

屬性：用橢圓形表示，

并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。

聯(lián)系：用菱形表示，框內(nèi)寫明聯(lián)系名，

并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，并標上聯(lián)系的類型（1:1，1:N或M:N）。E—R方法的圖例實體型名屬性名聯(lián)系名實體屬性聯(lián)系實體型A實體型B聯(lián)系名mn例1：實體型與屬性的表示方法部門部門代號部門負責人部門地址例2：兩個實體型聯(lián)系的E-R圖車間車間主任管理11車間職工1N車間零部件NM加工工作例3：三個實體型聯(lián)系的E-R圖供應(yīng)商零件部工程項目供應(yīng)MNL例4：同一實體集的各實體之間的聯(lián)系的E-R圖職工領(lǐng)導(dǎo)N1[例6-1]某工廠物資入庫管理的概念模型P1181MNNLNMMN物資庫存入庫訂貨驗收購進供方單位合同付款結(jié)算1N[例7]學校教務(wù)管理系統(tǒng)的基本E-R圖

n1系屬于教師擁有學生講授選修課程nmnm1n學號姓名性別年齡成績課程號課程名教師號姓名性別職稱系名電話關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。1.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在關(guān)系模型中，實體以及實體之間的各種聯(lián)系都用關(guān)系來表示。在用戶觀點下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。

職工號姓名出生日期性別學院電話100001章文1968.10男管理學院88231234100022王芳1954.2女外語學院85661233100030宋暉1973.4男文學院82234567┇┇┇┇┇┇六、關(guān)系模型關(guān)系：一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表。元組：表中的一行即為一個元組。屬性：表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。主碼：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域：屬性的取值范圍。分量：元組中的一個屬性值。關(guān)系模式：對關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一般表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）例如上面的關(guān)系可描述為：教職工（職工號，姓名，出生日期，性別，學院，電話）在關(guān)系模型中，實體以及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示的。例如教師、課程、教師與課程之間的多對多聯(lián)系在關(guān)系模型中可以如下表示：教職工（職工號，姓名，出生日期，性別，學院，電話）課程（課程號，課程名，學分）教授課程（職工號，課程號）2、E－R模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型

轉(zhuǎn)換規(guī)則：（1）一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。（2）一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系自身的屬性均轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性。該關(guān)系的碼則有三種情況：

a、如果聯(lián)系為1∶1，則每個實體的碼都是關(guān)系的候選碼；

b、如果聯(lián)系為1∶n，則n端實體的碼是關(guān)系的碼；

c、如果聯(lián)系為n∶m，則各實體碼的組合是關(guān)系的碼。

（3）具有相同碼的關(guān)系模式可合并。[例6-2]將例6-1的E－R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型P123

供方單位單位號單位名地址聯(lián)系人郵政編碼物資物資代碼名稱規(guī)格備注庫存入庫號日期貨位數(shù)量合同合同號數(shù)量金額備注結(jié)算結(jié)算編號用途金額經(jīng)手人數(shù)量金額購進數(shù)量金額付款數(shù)量訂貨單價實體轉(zhuǎn)化為關(guān)系：（1）供方單位（單位號、單位名、地址、聯(lián)系人、郵政編碼）（2）物資（代碼、名稱、規(guī)格、備注）（3）庫存（入庫號、日期、貨位、數(shù)量）（4）合同（合同號、數(shù)量、金額、備注）（5）結(jié)算（編號、用途、金額、經(jīng)手人）聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系：（6）購進（入庫號、編號、數(shù)量、金額）（7）付款（編號、合同號、數(shù)量、金額）（8）訂貨（代碼、單位號、合同號、數(shù)量、單價）（9）入庫（物資代碼、入庫號）（10）驗收（合同號、入庫號）初始關(guān)系數(shù)據(jù)模型合并相同碼的關(guān)系模式：（1）供方單位（單位號、單位名、地址、聯(lián)系人、郵政編碼）（2）物資（代碼、名稱、規(guī)格、備注）（3）庫存（入庫號、日期、貨位、數(shù)量、物資代碼、合同號）（4）合同（合同號、數(shù)量、金額、備注）（5）結(jié)算（編號、用途、金額、經(jīng)手人）（6）購進（入庫號、編號、數(shù)量、金額）（7）付款（編號、合同號、數(shù)量、金額）（8）訂貨（代碼、